III. Các câu hỏi về kiến thức chung
Câu 30: Cấy phôi tế bào và nhân tố vi mô?
Trả lời:
Cấy phôi tế bào và nhân giống vi mô(Tissue Culture(tc)and micropopagation )
Cây cối cũng giống con người, mỗi loại đều mang những đặc tính riêng biệt và duy nhất. Một số loại có những tính trạng như màu tốt hơn, năng suất cao hơn và chống
Page | 183 sâu rầy tốt hơn. Trong nhiều năm, các nhà khoa học khơng ngừng tìm kiếm các phương pháp để có thể tạo ra những bản sao chính xác từ các cá thể vượt trội.
Thực vật thường được sản sinh nhờ hạt giống hình thành qua q trình giao phối. Đó là, tế bào trứng trong hoa được thụ phấn với nhị hoa của thực vật. Mỗi một tế bào giao phối có mang những vật liệu di truyền có dạng DNA. Trong suốt q trình giao phối, DNA từ bố mẹ kết hợp lại với nhau theo cách mới và không thể xác định, tạo ra những sinh vật riêng biệt.
Vì khơng xác định được nên nó trở thành vấn đề đối với những người cấy giống thực vật khi phải mất vài năm làm việc trong nhà kính để lai tạo ra những giống cây với tính trạng mong muốn. Nhiều người vẫn nghĩ cây trồng phát triển từ hạt giống, nhưng hiện nay các nhà khoa học đã tìm ra nhiều phương pháp tạo nên những bản sao thực vật chính xác khơng cần tới hạt giống.
Cấy phôi tế bào là q trình ni trồng những tế bào, phơi hoặc cơ quan thực vật bằng phương pháp dinh dưỡng có cơng thực đặc biệt. Trong những điều kiện thích hợp, một thể thực vật hồn chỉnh có thể được tạo ra chỉ nhờ một tế bào. Cấy phôi tế bào là một kỹ thuật quan trọng đã được sử dụng hơn 30 năm qua. Hiện nay, cấy phôi tế bào được coi là một công nghệ quan trọng ở các nước đang phát triển khi muốn sản xuất những loại cây trồng không nhiễm bệnh, cho năng suất cao và cho ra những sản phẩm cây trồng đồng đều. Nhân giống vi mơ là một hình thức của cấy phơi tế bào, làm tăng nguyên liệu thực vật tạo điều kiện phân phối và ni trồng ở quy mơ lớn. Theo đó, hàng nghìn bản sao của một loại cây có thể được sản xuất trong một thời gian ngắn. Cây trồng theo phương pháp nhân giống vi mơ tỏ ra thích ứng nhanh hơn, phát triển mạnh mẽ hơn, cao lớn hơn và có chu ky tăng trưởng ngắn hơn, cho sản lượng tốt hơn giống cây thường.
Cấy phôi tế bào thực vật là một kỹ thuật đơn giản, nhiều nước đang phát triển đã nắm được. Kỹ thuật này khi ứng dụng cần một nơi làm việc vô trùng, vườn ươm, nhà kính và nhân viên đã qua đào tạo. Tuy nhiên, phương pháp cấy phơi tế bào địi hòi nhiều nhân lực, thời gian và khá tốn kém. Những loại thực vật quan trọng ở các nước đang phát triển sử dụng phương pháp cây phối tế bào bao gồm dầu dừa, cây chuối lá, dứa, chuối, cà, jojoba, thông, cao su, sắn, củ từ, khoai lang, và cà chua. Đây cũng là công nghệ được sử dụng phổ biến ở châu Phi.
Những thí dụ về sử dụng phương pháp cấy phối tế bào để cải tiến cây trồng ở châu Phi
Một loại cây lúa mới ở Tây Phi (NERICA-Giống lúa mới cho châu Phi) là kết quả
của việc cứu phôi khi giao phối chéo hai loại giống lúa: lúa châu Á (Oryzasativa) và lúa châu Phi (Oryza glaberrima), sau đó sử dụng phương pháp cấy phối lai để ổn định các dòng gây giống.
Những lợi ích của phương pháp cấy phơi tế bào đối với các hộ nông dân trồng lúa ở Tây Phi (Nguồn tư liệu từ WARDA).
Page | 184 Nhiều năm qua, các nhà khoa học thường mong ước có thể kết hợp được giống lúa châu Phi (Oryza glaberrima) có khả năng chịu điều kiện khắc nghiệt tốt với giống lúa châu Á (Oryzasativa) cho năng suất cao. Tuy nhiên, vì hai giống lúa này quá khác nhau, nên những nỗ lực giao phối chéo hai loại đều thất bại vì các đời con lai đều không phát triển được. Vào những năm 90, các nhà gây giống lúa từ Hiệp hội phát triển cây lúa châu Phi đã quay sang thử nghiệm việc lai tạo bằng công nghệ sinh học, hi vọng giải quyết vấn đề đời con lai khơng phát triển được. Chìa khóa của lần thử nghiệm chính là ở các ngân hàng gen đang lưu trữ khoảng 1500 các loại hạt giống lúa châu Phi đã bị tuyệt chủng khi người nông dân ngừng canh tác và quay sang các giống lúa cao sản châu Á.
Những tiến bộ trong nghiên cứu nông nghiệp đã giúp các nhà khoa học giao phối thành công hai loại- một bước đột phá làm thay đổi đời sống của người nông dân Tây Phi.
Sau khi cho giao phối chéo hai loại, phôi được chuyển đi và được nuôi trồng trong môi trường nhân tạo, là mơi trường cứu phơi.
Vì cây kết quả thường cằn cỗi, nên chúng được cho giao phối chéo với cây bố mẹ họ Sativa (thường được gọi là giao phối chéo ngược). Một khi, khả năng sinh sản của đời con cháu được cải thiện (thường là phải sau vài chu kỳ giao phối chéo ngược), một chu trình cấy phơi khác được áp dụng để nhân đôi lượng gien bổ sung từ tế bào đực và cái (bao phấn) và sau đó tạo ra loại cây đã được gây giống thực sự. Thử nghiệm canh tác đầu tiên của giống lúa lai mới “Giống lúa mới cho châu
Phi”được tiến hành vào năm 1994, sau đó kỹ thuật được cải tiến tinh vi và hợp lý
hơn sao cho mỗi năm tạo ra nhiều dòng hơn. Giấc mơ đã thành hiện thực. Những loại giống mới có đủ những ưu điểm của cả bố và mẹ, một số giống thể hiện tính trạng cao sản của Sativa, kết hợp với khả năng thích nghi điều kiện địa phương của Glaberrima.
Các loại giống NERICAs có đặc điểm bản lá rộng và gục của Glaberrima, để bao lấy hạt trong thời kỳ đầu. Điều này giúp giảm công lao động, và cho phép người nơng dân có thể canh tác trên cùng thửa ruộng đó lâu hơn vì khơng cịn cần làm sạch đất.
Cấu trúc của chùy hoa, hay đầu hạt cũng bị thay đổi. Chùy hoa của giống lúa châu Phi chỉ cho ra từ 75-100 hạt. Trong khi loại giống mới thừa hưởng từ đời bố mẹ Châu Á, loại chùy dài có cành chĩa đỡ nên có thể chứa tới 400 hạt.
Giống như giống lúa châu Á, loại giống lúa mới ôm hạt gọn hơn, không để rơi bừa bãi. Chúng tạo ra nhiều chồi hơn cả hai giống lúa bố mẹ, và có thân khỏe để đỡ hạt nặng.
Giống lúa mới cho năng suất cao hơn các giống lúa khác mà khơng cần điều kiện chăm sóc đặc biệt- cho năng suất cao ngay cả với lượng phân bón ít nhất. Trong thời kỳ trồng thử, năng suất thấp nhất là 2,5 tấn/1 hécta, và cao nhất là khoảng 5 tấn hoặc hơn, với lượng phân bón dùng hạn chế, sản lượng tăng từ 25%-250%.
Page | 185 Giống lúa mới sẽ chín trong khoảng thời gian từ 30-50 ngày, sớm hơn so với các giống lúa hiện hành, cho phép người nông dân trồng thêm hoa màu hoặc đậu. Giống lúa mới cao hơn, nên thu họach dễ hơn, đặc biệt là với phụ nữ khi phải địu con trên lưng. Giống lúa mới kháng sâu và
chịu hạn tốt hơn giống lúa châu Á-điều này đặc biệt quan trọng với hộ nơng dân trồng lúa nước. Giống lúa mới có thể mọc và phát triển ngay trên chất đất axit cằn cỗi, loại đất chiếm tới 70% diện tích đất đai ở vùng cao trồng lúa Tây Phi.
Giống lúa mới cũng chứa hàm lượng protein trong thân cao hơn 2% so với giống lúa bố mẹ châu Phi hay châu Á.
Nhờ thành cơng này, NERICAs nhanh chóng được người nông dân chấp nhận. Trong năm 2000, ước tính giống lúa mới được gieo trồng trên diện tích đất 8000 hecta ở Ginê, trong đó 5000 hecta được người nơng dân canh tác dưới sự giám sát của Cơ quan quốc gia về luân phiên tăng vụ. Trong năm 2002, WARDA dự tính 330,000 hécta sẽ được sử dụng để gieo trồng NERICAs, vừa vặn với số hạt giống một nước sở hữu, phần giống dư để xuất khẩu sang các nước láng giềng.
Để biết thêm thơng tin, có thể tham khảo “Người nơng dân sở hữu các loại giống
châu Phi kỳ diệu”
(http://www.un.org/ecosodev/geninfolfarec/vol.7no4/174rice.htm)
Chuối được nhân giống từ đỉnh mơ phân sinh ở Kenya có sức tăng trưởng tốt hơn, và khơng cịn hiện tượng giảm năng suất vì mọt ngũ cốc, giun tròn, và các bệnh nấm.
Những lợi ích của cơng nghệ cấy phơi tế bào đối với người trồng chuối quy mô nhỏ ở Kenya (Nguồn tham khảo: ISAAA)
Ở Kenya, cũng giống như ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới đang phát triển, chuối là một loại cây lương thực quan trọng. Tuy nhiên, trong vòng 20 năm qua, sản lượng trồng chuối lại giảm, ngun nhân do thối hóa đất, sự tấn cơng của sâu bệnh vào các vườn chuối. Vấn đề này ngày càng trở nên trầm trọng khi phương pháp gây giống các giống chuối mới có sử dụng những rễ chồi nhiễm bệnh. Tình hình này đe dọa nghiêm trọng an ninh lương thực, việc làm và thu nhập ở những vùng trồng chuối.
Công nghệ cấy phôi tế bào được xem là lựa chọn phù hợp có thể cung cấp chất lượng và số lượng tương đối đầy đủ trên những nguyên liệu đó.
Với cách thức quản lý phù hợp và vệ sinh cánh đồng, tình trạng tụt giảm sản lượng do nguyên nhân sâu bệnh ở phạm vi trang trại đã được khắc phục đáng kể. Công nghệ cấy phôi tế bào đã giúp người nơng dân có thể đạt được những lợi ích sau: Có một lượng lớn các vật liệu cây trồng sạch và ưu việt, có khả năng chín trong vịng từ 12-16 tháng, so với loại chuối thơng thường là từ 2-3 năm.
Page | 186 Cho ra sản lượng hàng năm cao hơn trên cùng một diện tích đất (từ 40-60 tấn trên một hécta so với 15-20 tấn của loại chuối thường)
Hơn thế nữa, độ đồng đều trong các vườn cây và đồn điền giúp việc tiếp thị dễ hơn khi kết hợp chuyển đổi trồng chuối từ chỉ đơn thuần cho nhu cầu sinh kế sang bn bán với xí nghiệp thương mại. Một khám phá nữa đáng khích lệ dựa trên phân tích chi phí-lợi nhuận của dự án là trồng chuối cho mục đích thương mại có lợi lớn so với trồng chuối chỉ cho mục đích truyền thống. Dự án đồng thời đã làm lợi cho rất nhiều phụ nữ- những người có nhiệm vụ chăm sóc cây trồng, nhờ vậy giúp thu hẹp khoảng cách về giới.